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2015浙江省数学竞赛参考答案


2015 年浙江省高中数学竞赛试卷参考答案
一、选择题(本大题共有 8 小题,每题只有一个正确答案,将正确答案的序号填入题干后
的括号里,多选、不选、错选均不得分,每题 6 分,共 48 分) 1.“a =2, b ?

2 ”是“曲线 C:

x2 y2 ? ? 1(a, b ? R, ab ? 0) 经过点 a 2

b2

?

2,1 ”的( A ).

?

A.充分不必要条件 C.充分必要条件 答案:A. 解答:当 a =2, b ?

B.必要不充分条件 D.既不充分也不必要条件

2 曲线 C:

x2 y 2 ? ? 1 经过 a 2 b2

?

2,1 ;当曲线 C:

?

x2 y 2 ? ? 1 经过 a 2 b2



?

2,1 时,即有

?

2 1 ? ? 1,显然 a ? ?2, b ? ? 2 也满足上式。所以“a =2, b ? 2 ” a 2 b2

是“曲线 C:

x2 y 2 ? ? 1 经过点 a 2 b2

?

2,1 ”的充分不必要条件。

?

2.已知一个角大于 120?的三角形的三边长分别为 m, m ? 1, m ? 2 ,则实数 m 的取值范围为 ( B ). B. 1 ? m ?

A. m ? 1 答案:B.

3 2

C.

3 ?m?3 2

D. m ? 3
D1 A1 B1 M C B C1

解答:由题意可知:

?m ? (m ? 1) ? m ? 2 3 1 ? m ? 解得 。 ? 2 2 2 2 ( m ? 2) ? m ? ( m ? 1) ? m ( m ? 1) ?
3. 如图,在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中,M 为 BB1 的中点, 则二面角 M-CD1-A 的余弦值为( C ). A.
A

D

第 3 题图

3 6

B.

1 2

C.

3 3

D.

6 3

答案:C. 解答:以 D 为坐标原点, DA, DC, DD1 所在的直线分别为 x, y , z 轴建立空间直角坐标系, 则

1 D(0,0,0), A(1,0,0), C (0,1,0), D1 (0,0,1), M (1,1, ) 2

,且平面

ACD1 的 法 向 量 为

法向量为 n2 ? (?1, 2, 2)。因此 cos ? n1 , n2 ?? n1 ? (1,1,1) ,平面 MCD 1 M-CD1-A 的余弦值为

3 ,即二面角 3

3 。 3
C ).

?a ? b ? 2 ? 0 a ? 2b ? 4.若实数 a , b 满足 ?b ? a ? 1 ? 0 ,则 的最大值为 ( 2 a ? b ?a ? 1 ?
A. 1 答案:C. 解答:由 a , b 满足的条件知 1 ? B.

5 4

C.

7 5

D. 2

a ? 2b b ? 3 ,所以 ? 2? a 2a ? b

3 2? b a

?

7 1 3 ,当 ( a, b) ? ( , ) 取等 2 2 5

号。 5. 已知等腰直角△PQR 的三个顶点分别在等腰直角△ABC 的三条边上, 记△PQR, △ABC 的面积分别为 S△PQR,S△ABC,则

S?PQR S?ABC
1 4

的最小值为(

D

).

A.

1 2

B.

1 3

C.

D.

1 5

参考答案:D. 解答:如图 5-1 所示,

A

A

P H

R P B Q 图 5-1 C R 图 5-2 Q

B

C

( 1 ) 当 ?PQR 的 直 角 顶 点 在 ?ABC 的 斜 边 上 , 则 P, C , Q, R 四 点 共 圆 ,

?APR ? ?CQR ? 180 ? ?BQR, 所以 sin ?APR ? sin ?BQR.在 ?APR, ?BQR 中分别应
用正弦定理得

PR AR QR BR . 又 ?A ? ?B ? 45 , 故 PR ? QR , 故 ? , ? sin A sin APR sin B sin BQR

AR ? BR 即 R 为 AB 的中点.
1 2 S?PQR PR 2 ( 2 BC ) 1 1 ? ? ? ,此 过 R 作 RH ? AC 于 H ,则 PR ? RH ? BC ,所以 2 2 2 S?ABC BC BC 4


S?PQR S?ABC

的最大值为

1 . 4

( 2 ) 当 ?PQR 的 直 角 顶 点 在 ?ABC 的 直 角 边 上 , 如 图 5-2 所 示 , 设

BC ? 1, CR ? x (0 ? x ? 1), ?BRQ ? ? (0 ? ? ?
在 Rt ?CPR 中, PR ?

?
2

) ,则 ?CPR ? 90 ? ?PRC ? ?BRQ ? ?.

CR x ? , sin ? sin ?

x 3 , ?RQB ? ? ? ?QRB ? ?B ? ? ? ? , sin ? 4 x PQ RB 1? x 由正弦定理, ? ? sin ? ? ? ? 3 sin B sin ?PQB sin sin( ? ? ? ) 4 4 x 1 1 1 x 2 1 1 2 ? ) ? ( )2 . ,因此 S?PQR ? PR ? ( sin ? cos ? ? 2sin ? 2 2 sin ? 2 cos ? ? 2sin ?
在 ?BRQ 中, BR ? 1 ? x, RQ ? PR ? 这样,

S?PQR S?ABC

?(

1 1 1 )2 ? ? , 当且仅当 ? ? arctan 2 取 2 2 2 cos ? ? 2sin ? (1 ? 2 )(cos ? ? sin ? ) 5
的最小值为 .

等号,此时

S?PQR S?ABC

1 5

6. 已知数列 ?an ? 的通项 an ?

nx ( x ? 1)(2 x ? 1)
D

(nx ? 1)
).

, n ? N ,若
*

a 1 ?a2 ?
A. ?

? a2015 ? 1 ,则实数 x 等于(
B. ?

3 2

5 12

C. ?

9 40

D. ?

11 60

答案:D.

an ?

(nx ? 1) ? 1 1 1 ? ? ( x ? 1)(2 x ? 1) (nx ? 1) ( x ? 1)(2 x ? 1) [( n ? 1) x ? 1] ( x ? 1)(2 x ? 1)

( nx ? 1)

2015



?a
k ?1

k

? 1?

1 ? 1 ? ( x ? 1)(2 x ? 1) ( x ? 1)(2 x ? 1) (2015x ? 1)
? (?

(2015x ? 1) ? 0 , 所以

1 1 1 x ? (?1, ? ) ? (? , ? ) ? 2 3 4

1 1 1 11 ,? ) ? (? , ??) ,经检验只有 x ? ? 2013 2014 2015 60

符合题意。 7. 若过点 P(1,0) ,Q(2,0) ,R(4,0) ,S(8,0)作四条直线构成一个正方形,则 该正方形的面积不可能 等于 ( C ). ... A.

16 17

B.

36 5

C.

26 5

D.

196 53

答案:C. 解答:不妨设四条直线交成的正方形在第一象限,且边长为 a ,面积为 S , 过 P 的直线的倾 斜角为 ? (0 ? ? ? 当 过 点

?
2

)。

P, Q 的 直 线 为 正 方 形 的 对 边 所 在 的 直 线 时 ,

PQ sin ? ? a ? RS cos ? ? sin ? ? 4cos ? ? sin ? ?
S ? ( PQ sin ? ) 2 ? 16 。 17

4 , 此时 正方 形的面积 17

同理,当过点 P, R 的直线为正方形的对边所在的直线时, S ? 方形的对边所在的直线时, S ?

36 ;当过点 P, S 的直线为正 5

196 . 53

8.若集合 A ? ( m, n ) ( m ? 1) ? ( m ? 2) ? 中的元素个数为( B A.4030 B.4032 答案:B. 解答: 由已知得 n(n ? 2m ? 1) ? 2
2016 2015

?

? (m ? n ) ? 102015 , m ? Z , n ? N * ? ,则集合 A
D. 20162

). C. 20152

5

, 因为 n, n ? 2m ? 1 一奇一偶, 所以 n, n ? 2m ? 1 两

者之一为偶数,即为 22016 ,220165,2201652 ,

,2201652015 共有 2016 种情况,交换顺序又得到

2016 种情形,所以集合 A 共有 4032 个元素. 二、填空题(本大题共有 7 小题,将正确答案填入题干后的横线上,9-14 每题 7 分,15 题 8 分,共 50 分) 9.已知函数 f ( x ) 满足 f ( x ? 1) ? f (1 ? x) ? 0 , f ( x ? 2) ? f (2 ? x) ? 0 ,且 f ( ) ? 1 ,则

2 3

1000 f( )? 3
答案: ?1 .



解答: f ( x ? 2) ? f (2 ? x) ? f [1 ? ( x ?1)] ? ? f [1 ? ( x ?1) ? ? f ( x) ? f ( x ? 4) ? f ( x) ,所以

1000 4 4 1 1 2 f( ) ? f (332 ? ) ? f ( ) ? f (1 ? ) ? ? f (1 ? ) ? ? f ( ) ? ?1. 3 3 3 3 3 3
10.若数列 {an } 的前 n 项和 Sn

? n 3 ? n 2 , n ? N * ,则 ?
i ?1

2015

1 = ai ? 8i ? 2



答案:

2015 . 6048

解答: an ?
2015 i ?1

?a ? ?a
i ?1 i i ?1
2015 i ?1

n

n ?1

i

? 3n 2 ? 5n ? 2, 又 a1 ? 0 ,故 an ? 3n2 ? 5n ? 2(n ? N * ) ,
1 2015 1
i ?1

? a ? 8i ? 2 ? ? 3i(i ? 1) ? 3 ? ( i ? i ? 1) ? 6048 .
i

1

1

1

2015

11. 已知 F 为抛物线 y ? 5x 的焦点, 点 A (3, 1), M 是抛物线上的动点. 当 | MA | ? | MF |
2

取最小值时,点 M 的坐标为 答案: (



1 ,1) . 5

解答:设抛物线的准线为 l : x

??

5 .过 M 作 l 的垂线,垂足为 H , 则 4

AM ? MF ? AM ? MH ? AH ,当 A, M , H 三点共线时取等号,此时 M 的坐标为
1 ( ,1) 。 5
12.若 16 答案: ?
sin 2 x

? 16cos x ? 10 ,则 cos 4 x ?

2

.

1 . 2
sin2 x

解答:设 t ? 16

,1 ? t ? 16 ,则 16cos x ? 161?sin x ?
2 2

16 16 ? 10 ? t ? 2, 或 ,代入方程得 t ? t t

t ? 8 ,即

sin 2 x ?

1 1 3 或 ,所以 cos 4 x ? ? 。 4 4 2
2

13. 设函数 f ( x) ? min{x ?1, x ? 1, ? x ? 1} ,其中 min{x, y, z} 表示 x, y, z 中的最小者.若

f (a ? 2) ? f (a ) ,则实数 a 的取值范围为
答案: (??, ?2) ? (?1,0) . 解答:当 a ? 2 ? ?1 时, a ? a ? 2 ? ?1, 此时有 当 1 ? a ? 2 ? 0 时, ?3 ? a ? ?2, 此时有 当 0 ? a ? 2 ? 1 时, ?2 ? a ? ?1, 此时有 当 1 ? a ? 2 ? 2 时, ?1 ? a ? 0, 此时有 当 a ? 2 ? 2 时, a ? 0, 此时有 14.已知向量 a , b 的夹角为 则 a ? c 的最大值为 答案:24.



f (a) ? f (a ? 2) ;

f (a) ? f (?2) ? ?1 ? f (a ? 2) ; f (a) ? f (a ? 2) ;

f (a) ? f (a ? 2) ;

f (a) ? f (a ? 2) 。
2? ,c ? a ? 2 3 , 3

?
3

, a ?b ? 5 , 向量 c ? a , c ? b 的夹角为 .

解答: OA ? a, OB ? b, OC ? c ,则 AC ? c ? a ? 2 3, AB ? a ? b ? 5. 又

?AOB ?

?
3

, ?ACB ? 4 5
2

2? 3 , 此 时 O, A, C, B共 圆 , 由 正 弦 定 理 得 sin ?ABC ? , 则 5 3
?A C O ? 中 , ?A O C ? A, B 由 C余 弦 定 理 得

cos ?ABC ?
2

。 在

AC 2 ? a ? c ? 2 a c cos ?AOC , 即 12 ? 2 a c ?

a ? c ? a c cos ?AOC ? 24 ,当 ?ACO ?
24.

?

8 a c ? a c ? 30 , 所 以 5

1 4 ? arctan 时取“=” ,因此 a ? c 的最大值为 4 2 3
2

, ? Z 15. 设 ab
答案: a

, 若对任意 x ? 0 , 都有 (ax ? 2)( x ? 2b) ? 0 , 则 a ? ______ , b ?_ _ _ _ _ _ _ .

? 1, b ? ?2 .

解答:首先令 x ? 0, 知 b ? 0 .其次考虑过定点(0,2)的直线 y ? ax ? 2 ,与开口向上的抛 物线 y ? x ? 2b ,满足对任意 x ? 0 所对应图象上的点不在 x 轴同侧,因此 ?
2

?2b ?

2 . a

又 a, b ? Z ,故 a

? 1, b ? ?2 .

三、解答题(本大题共有 3 小题,16 题 16 分,17、18 每题 18 分,共 52 分) 16. 设 a, b ? R ,函数 f ( x) ? ax ? b( x ? 1) ? 2 .若对任意实数 b ,方程 f ( x) ? x 有两个
2

相异的实根,求实数 a 的取值范围. 参考答案: 因为方程 f ( x) ? x 有两个相异的实根,即方程 ax ? (b ?1) x ? b ? 2 ? 0 有两个相异的实数
2

根,所以

?

a?0 , ? x ? (b ? 1)2 ? 4a (b ? 2) ? 0 ????????????4 分
对任意实数 b 恒成立,所以



a?0 ?b ? 2(1 ? 2a )b ? 8a ? 1 ? 0
2

?

a?0 ? b ? 4(1 ? 2a )2 ? 4(8a ? 1) ? 0 ,???????????????????12 分

解得 0 ? a ? 1 .????????????????????????????16 分

17 . 已 知 椭 圆 C1 :

x2 y 2 ? ? 1 (a ? b ? 0) 的 离 心 率 为 a 2 b2

3 , 右 焦 点 为 圆 2

C2 : ( x ? 3)2 ? y 2 ? 7 的圆心.
(I)求椭圆 C1 的方程; (II)若直线 l 与曲线 C1,C2 都只有一个公共点,记直线 l 与圆 C2 的公共点为 A,求点 A 的坐 标.

参考答案: (Ⅰ) 设椭圆 C1 的半焦距长为 c ,则 ? c

?c ? 3 ? a?2 3 ,解得 b ? 1 ,所以椭圆方程为 ? ? 2 ?a

?

x2 ? y 2 ? 1.??????????????????????????????4 分 4

(Ⅱ)当直线 l 的斜率不存在时,显然不满足题意.当直线 l 的率存在时,可设直线 l 的 方程为 y ? kx ? m(k , m ? R) ,点 A 的坐标为 ( xA , y A ) ,其中 y A ? ? 联立方程 ? ?

km ? 3 . 1? k2

? x2 ? y 2 ? 1 ,消去 y 得 (1 ? 4k 2 ) x2 ? 8kmx ? 4m2 ? 4 ? 0 ????(1) 4 ? ? y ? kx ? m

所以 ?1 ? 16(4k 2 ? m2 ? 1) ? 0, 即

4k 2 ? m2 ? 1 ? 0 ????????(2)?????????????????8 分
联立方程 ?

?( x ? 3) 2 ? y 2 ? 7 ? 消去 y 得 ? ? y ? kx ? m

(1 ? k 2 ) x2 ? 2(km ? 3) x ? m2 ? 4 ? 0 ??????(3)
所以 ?2 ? 16(4k 2 ? m2 ? 2 3mk ? 7) ? 0, 即

4k 2 ? m2 ? 2 3mk ? 7 ? 0 ???????????(4)??????????12 分
(2)-(4)得 km ?

3 ???????????? (5)

(5)代入(3)得 x A ? ?
2

km ? 3 ? 0 ??????(6)??????????16 分 1? k2
2

(6)代入 C2 : ( x ? 3) ? y ? 7 得 y A ? ?2 . 经检验 A(0,2), 或 A(0, ?2) 符合题意,这样点 A 的坐标为 (0, 2), (0, ?2) .????18 分

1 ? an ?1 ? an ? , ? ? bn , n ? N * .证明: a50 ? b50 ? 20 . 18.已知数列 ?an ? ,?bn ? 满足 a1 ? 0, b1 ? 0, ? 1 ?bn ?1 ? bn ? an ? ?
参考答案: 证明:因为 an ?1 ? bn ?1 ? an ? bn ?
2 2 2 2

a b 1 1 ? 2 ? 2( n ? n ) , 所以 2 an bn bn an

2 2 a50 ? b50 ? a12 ? b12 ? ? ( i ?1

49

49 a b 1 1 ? ) ? 2 ( i ? i) ? 2 2 ai bi ai i ?1 bi

? a12 ? b12 ?
又 an ?1bn ?1 ? anbn ?

1 1 ? ? 2 ? 2 ? 49 ? 4 ? 4 ? 49 ? 200. ????????8 分 a12 b12

1 ?2, anbn

所以 a50b50 ? a1b1 ?
2

? a b ? 2 ? 49 ? 98 ? a b ? a b
i ?1 1 1 i i

49

1

1

? 100 .????????16 分

1 1

所以 (a50 ? b50 ) ? a50 ? b50 ? 2a50b50 ? 200 ? 200 ? 400 .因此 a50 ? b50 ? 20 ??18 分
2 2

四、附加题(本大题共有 2 小题,每题 25 分,共 50 分) 附加 1 已知数列 ?an ? 满足 a1 ? 1 , an ?1 ? 3an ? 2 2an ? 1 , n ? N * .
2

(I) 证明: ?an ? 是正整数数列; (II) 是否存在 m ? N * ,使得 2015 am ,并说明理由. 参考答案: (Ⅰ)由 an ?1 ? 3an ? 2 2an ? 1 得
2

2 2 an ?1 ? 6an an?1 ? an ? 4 ? 0 ,???????????? (1)

同理可得

2 2 an ?2 ? 6an?2 an?1 ? an?2 ? 4 ? 0 ,??????(2)????????5 分 2 2

由( 1 ) ( 2 )可知, an , an ? 2 为方程 x ? 6an?1x ? an?1 ? 4 ? 0 的两根,又 an ? an?2 ,即有

an ? an?2 ? 6an?1 ,即 an?2 ? 6an?1 ? an .
因为 a1 ? 1, a2 ? 5, 所以 an 为正整数.????????????????????10 分 (Ⅱ)不存在 m ? N ,使得 2015 am .???????????????????15 分
*

假设存在 m ? N ,使得 2015 am ,则 31 am .
*

一方面, amam?2 ? am?1 ? 4 ,所以 31 am ?1 ? 4 ,即
2
2

30 15 30 2 am ?1 ? ?4(mod31) ,所以 am?1 ? ?4 ? ?2 (mod31) .

由费马小定理知 230 ? 1(mod31) ,所以 am?1 ? ?1(mod31) ??????????20 分
30

另一方面, 假设 (am?1,31) ? d ? 1 , 则 d 31 , 即 d ? 31 , 所以 31 am?1 , (am?1,31) ? 1 .事实上,

而 31 am ?1 ? 4 ,这样得到 31 4 .矛盾.
2
30 所以,由费马小定理得 am ?1 ? 1(mod31) .

这样得到 1 ? ?1(mod 31) .矛盾.所以不存在 m ? N * ,使得 2015 am .??????25 分

附加 2 设 k 为正整数,称数字 1 ~ 3k ? 1 的排列 x1 , x2 , (1) x1 ? x2 ?

, x3k ?1 为“N 型”的,如果这些数满足
? x3k ?1 .

? xk ?1 ; (2) xk ?1 ? xk ?2 ?

? x2k ?1 ; (3) x2k ?1 ? x2k ?2 ?

记 dk 为所有“N 型”排列的个数. (I)求 d1 , d2 的值; (II)证明:对任意正整数 k, dk 均为奇数. 参考答案: 首先注意到 xk ?1 的值只能取 3k ? 1,3k , 而 x2 k ?1 的值只能取 1, 2, 因为必须有 2k 个值比它小, , 2k ? 1 这些数字,

, k ? 1 这些数字,因为必须有 2k 个值比它大。 , k ? 1 )时的 N 型排列个数为 dk(i , j ) ,则
k ?1

记 xk ?1 ? 3k ? 2 ? j, x2k ?1 ? i ( i, j ? 1, 2,

(i , j ) k ?1?i k ?1? j . dk(i, j ) ? C3 k ?1?(i ? j )C3k ?1?(i ? j )?( k ?1?i ) , d k ? ? d k i , j ?1

化简得

d k(i , j ) ?

(3k ? 1 ? i ? j )! .?????????????????????10 分 (k ? 1)!(k ? 1 ? i)!(k ? 1 ? j )!

(1) 计算可得

d1 ? 5, d2 ? 71 ????????????????????????15 分
( i ,i )

(i , j ) (2) 易知 dk ? dk( j ,i ) , d k

?

(3k ? 1 ? 2i)! ( i ? 1, 2, (k ? 1)!(k ? 1 ? i)!(k ? 1 ? i)!

,1 )? 1 , dk( k ,k )

k?

? 1.

当 k ? 1 时,对于所有 i ? 1, 2, ( i ? 1, 2,

(i ,i ) 是偶数。事实上对于 x2k ?1 ? i , xk ?1 ? 3k ? 2 ? i , k , dk

, k )时的任何一个 N 型排列,此时数字 1, 2,

, i ?1 只能放在 x1 , x2 ,

, xi ?1 的

位置,数字 3k ? 2 ? (i ? 1),3k ? 2 ? (i ? 2),

,3k ? 2 ?1 只能放在

x3k ?2?(i ?1) , x3k ?2?(i ?2) ,

(字母 N 的两头) , xi , xi ?1 , , x3k ?1 上

, xk 和 x3k ?2?i , x3k ?2?(i ?1) ,

, x2k ?2

(i ,i ) 的数字可以互换得到一个新的 N 型排列,于是 dk 是偶数( i ? 1, 2,

, k ).??25 分

(也可以从表达式说明

(m ? 2n)! 是偶数( n ? 1 ) ,它的组合意义就是将 m 个白球,n 个红 m !n !n !

球,n 个蓝球排成一行的排列数。于是任何一种排列,交换红蓝球可对应另一种排列。 于是 dk ?

i , j ?1

? dk(i, j ) ? ? dk(i, j ) ? dk(k ?1,k ?1) ?
i ?1

k ?1

k

i ? j ,i , j ?1

?

k ?1

………………………25 分) dk(i , j ) 为奇数!


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2015浙江省高等数学竞赛试题(答案)

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